Зимний лед Антарктики: решающий фактор в поглощении CO2 океаном

Новое исследование проливает свет на критическую роль зимнего морского льда в Южном океане, от которого напрямую зависит, сколько атмосферного углекислого газа поглотит этот регион из года в год.

Оказывается, в годы, когда ледяной покров держится дольше, океан способен абсорбировать на 20% больше CO2, чем в периоды с поздним образованием или ранним таянием льда. Секрет кроется в том, что морской лед выступает своеобразным щитом, защищая поверхность океана от мощных зимних ветров. Эти ветры обычно вызывают перемешивание поверхностных вод с более глубокими, насыщенными углеродом слоями.

Данные, собранные в прибрежной системе вдоль западной части Антарктического полуострова, убедительно показывают: именно зимние процессы играют ключевую роль в этой изменчивости поглощения CO2.

Это прорывное исследование было проведено учеными из Университета Восточной Англии (UEA) в сотрудничестве с коллегами из Института Альфреда Вегенера, Центра полярных и морских исследований имени Гельмгольца (AWI, Германия), Британской антарктической службы (BAS, Великобритания) и Института морских исследований (IMR, Норвегия). Результаты опубликованы в журнале «Communications Earth & Environment».

Мировой океан поглощает примерно четверть всего углекислого газа, выбрасываемого человечеством в атмосферу. На долю Южного океана приходится около 40% этого объема, и исследователи давно стремились понять, почему его способность к поглощению CO2 так сильно варьируется от года к году.

Ведущий автор исследования, доктор Элиз Дросте из Школы наук об окружающей среде UEA, отмечает, что наше представление об углеродном цикле Южного океана остается неполным. Поэтому, по ее словам, пока невозможно точно предсказать, как изменится его способность поглощать атмосферный CO2 в будущем – увеличится, уменьшится или останется прежней – и, соответственно, его вклад в смягчение последствий изменения климата. Доктор Дросте подчеркивает, что любые изменения в этом процессе напрямую повлияют на облик нашего климата и скорость его трансформации. Для улучшения прогнозов, как утверждает ученая, необходимо глубже изучить, как именно морской лед влияет на обмен углеродом между глубинными и поверхностными слоями океана, а для этого требуется значительно больше наблюдений в Южном океане именно в зимний период.

Значительная часть Южного океана, омывающая западное побережье Антарктического полуострова, зимой покрывается морским льдом, который исчезает весной и летом. В теплый сезон рост фитопланктона и талые воды приводят к снижению концентрации CO2 у поверхности океана. Это позволяет Южному океану активно поглощать большие объемы атмосферного углекислого газа, существенно уменьшая глобальное воздействие антропогенных выбросов.

Зимой же, по мере образования морского льда, подледные воды смешиваются с глубинными, которые содержат значительное количество «природного» углерода, накопленного в океане на протяжении столетий. Это может привести к такому росту концентрации CO2 у поверхности, что газ начнет выделяться обратно в атмосферу.

Морской лед блокирует значительную часть этого «выдоха» CO2. Однако частичный выброс углекислого газа из океана является естественной частью сезонного цикла. Этот сезонный баланс означает, что общее количество CO2, поглощенное Южным океаном за год, часто зависит от того, сколько CO2 было поглощено летом и сколько высвободилось зимой.

Доктор Дросте поясняет, что у научного сообщества пока нет полного понимания факторов, определяющих эту межгодовую изменчивость. Это, по ее словам, затрудняет всестороннее осмысление системы и улучшение прогнозов относительно будущих изменений в способности океана поглощать CO2. Одной из главных причин она называет острую нехватку данных по Южному океану, особенно актуальную для зимнего периода. Сбор наблюдений в суровых погодных и морских условиях Южного океана, как подчеркивает доктор Дросте, чрезвычайно сложен, не говоря уже о ледяном покрове, который делает большую часть региона недоступной даже для самых мощных ледоколов. Тем не менее, она считает, что данное исследование является важным шагом в правильном направлении.

В основу исследования легли данные за период с 2010 по 2020 год – временной ряд, сбор и ведение которого осуществляется BAS. Ученые круглогодично проводили измерения вдоль западного побережья Антарктического полуострова. На британской антарктической исследовательской станции «Ротера» океанологи измеряли физические параметры морской воды в заливе Райдер и отбирали пробы для анализа на содержание питательных веществ и CO2, который проводился как на станции «Ротера», так и в UEA.

Используя другие физические и химические данные, собранные одновременно, команда смогла изучить, чем годы с длительным ледовым покровом отличаются от тех, когда лед держался недолго.

Доктор Хью Венаблс из BAS рассказывает, что целая группа океанологов проводила зимовки на станции «Ротера» на Антарктическом полуострове, собирая эти и другие образцы либо с небольшого судна, либо с саней, предназначенных для передвижения по морскому льду. Благодаря их усилиям удалось создать уникальную базу данных круглогодичных океанографических условий за последние 25 лет. Этот важный результат, по мнению доктора Венаблса, подчеркивает значимость зимнего отбора проб и, как он надеется, послужит стимулом для расширения круглогодичного сбора данных в Южном океане – как с участием человека, так и с помощью автономных технологий.

Профессор Дороти Баккер, специалист по морской биогеохимии в UEA, добавляет, что сбор данных в одном и том же месте на протяжении всего года позволяет не только исследовать ключевые механизмы, объясняющие межгодовую изменчивость поглощения CO2 океаном в данной конкретной точке. Эти знания, по ее словам, также можно использовать для более глубокого понимания функционирования всей остальной части Южного океана.

В исследовании также приняли участие ученые из Национального института океанографии и прикладной геофизики (Италия) и Гетеборгского университета (Швеция). Оно было поддержано финансированием со стороны Совета по исследованиям в области естественных наук Великобритании и программы Европейского Союза по исследованиям и инновациям «Горизонт 2020».